Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Скачиваний:
15
Добавлен:
22.02.2016
Размер:
1.97 Mб
Скачать

6.3. Ідеальний газ та його характеристики

Фізична модель ідеального газу передбачає, що

  • в ньому відсутні сили притягання між частинками на відстані,

  • власним об'ємом частинок газу, порівняно з наданим йому об'ємом, можна знехтувати,

  • співударяння між частинками центральні й пружні.

  • частинки здійснюють хаотичний тепловий рух, який відповідає рівно ймовірному напрямкові руху частинок по всім виділеним напрямкам. Наприклад, в системі координат XYZ є 6 напрямків руху і тому в напрямкові + ОХ, як і в інших напрямках, із N частинок буде рухатися частинок.

Молекула найменша стійка частинка речовини, яка ще несе в собі її хімічні властивості.

Молекула складається з атомів хімічних елементів, наприклад, молекула кисню  , води , азоту .

Атом - найменша частинка хімічного елемента, яка є носієм його хімічних властивостей, наприклад, кисень  О, водень  Н, азот  N.

Атомна одиниця маси (аом)  частка маси атома стійкого ізотопу вуглецюі

,

яка є мірою мас атомів та молекул.

Атомна (молекулярна) маса А(М)  маса атома (молекули) m виражена в атомних одиницях маси. Їх маса в системі СІ

Наприклад, атомна маса водню  А(Н)=1, молекулярна маса молекули водню  М()=2, А(N)=14, M(CO)=20, М()=28, а масу молекулиможна обчислити через молярну масу у такий спосіб

.

Моль  кількість речовини, що містить у собі число Авогадро структурних одиниць: атомів (простий хімічний елемент) або молекул (складний хімічний елемент).

Маса моля речовини  вимірюється в кг і її можна обчислити через атомну А чи молекулярну М маси так

.

Кількість молів у речовині позначається літерою  і вона дорівнює =m/.

Універсальна (молярна) газова стала .

Стала Больцмана . Величиниk, NA, та R зв'язані співвідношенням .

6.3.1. Температура

Температура характеризує ступінь нагрітості тіла і є мірою хаотичного руху структурних частинок речовини. Шкали температури визначають температурою кипіння tk води та температурою плавлення t0 льоду при нормальному атмосферному тиску, який можна визначити через тиск стовпа ртуті висотою 760 мм

1).Шкала Цельсія:

.

2).Шкала Фаренгейта

.

3).Шкала температури Кельвіна

.

T = 0 K є температура абсолютного нуля  температура, при якій припиняється будь-який рух атомів чи молекул будь - яких речовин, а у кристалах відбуваються нульові коливання решітки.

4).Абсолютна термодинамічна шкала визначається шляхом порівняння температур тіл нагрівача та холодильника в оборотному циклі Карно через виміряні кількості відданого нагрівачем робочому тілу тепла Qн й одержаного тепла холодильником Qх

.

Прийнято вважати, що атмосфера Землі має нормальні умови, коли

-тиск 101.33 кПа (760 мм рт. ст.),

-температура 273.15 К,

-об'єм моля ідеального газу 22.41·10-3 м3·моль-1.

6.4. Енергія частинки ідеального газу

6.4.1.Теорема Больцмана про рівнорозподіл енергії. Енергія частинки

В п.2.9 введено поняття ступенів свободи, зв'язків та узагальнених координат системи з N частинок. Молекула має усього 3N ступенів свободи. Для молекули з пружнними зв'язками між атомами вказано, що вона має =3 поступальні ступені свободи координати X,Y,Z положення центра мас у просторі, =3 обертові ступені свободи кути , , , що визначають орієнтацію молекули відносно осей OX,OY,OZ. Інші 3n-( +nоберт) ступені свободи є коливальними ступенями свободи.

Зв'язки між атомами в молекулі, наприклад, води Н2О при кімнатних температурах можна вважати жорсткими, тому що при таких температурах теплової енергії замало для збурення коливань між атомами. При високих температурах такі збурення можуть відбуватися і зв'язки стануть коливальними ступенями свободи. Якщо система частинок є лінійною, то обертання навколо осі, що проходить через частинки, не змінює положення частинок і тоді .

Теорема Больцмана про рівнорозподіл енергії за ступенями свободи установлює, що на кожну поступальну або обертову ступінь свободи приходиться енергія kT/2, а на коливальну ступінь  kT (коливальна ступінь характеризується наявністю кінетичної  kT/2 та потенціальної  kT/2 енергій).

Внутрішня теплова енергія молекули з N атомами визначається як

, (3)

де

де nпост - число поступальних, nоберт  число обертових і nкол  число коливальних ступенів свободи. Зауважимо, що nпост + nоберт + nкол = 3N. Для звичайних температур теплової енергії kТ недостатньо для теплових збуджень коливань у молекулі і тому покладається, що зв'язки частинок у молекулі жорсткі і nкол = 0.

Соседние файлы в папке 0516550_F807B_lekci_z_fiziki